ANSYS热分析技术详解

一、背景和内容

由于电源线铜芯耐温范围为-20℃以上，当电线用于北方-26℃以下时，可能出现脆断。因此在电源线外线尼龙内侧增加电辅热，保证电源线大于-20℃。

本文通过仿真分析电线辅热需要的电加热功率。在-26℃环温，主线不通电情况下，自然对流换热系数为(5~10) W/(m².K) (无外界通风干扰)范围内电加热最高温度不超过80℃；铜芯最低温度不低于-20℃。

本文包括以下内容

1、稳态计算需要的电加热功率

2、瞬态计算断电后温度降低过程

3、瞬态计算静置后温度升高过程

图1-1 升温过程

图1-2 放热过程

图1-3 稳态

图1-4 计算案例

二、计算过程

2.1 结构和网格

如图2-1所示是电线加热示意图，整体处于1mm厚度的尼龙PA6保护下，主线有1.8mm绝缘层PVC保护，铜芯与绝缘层之间尚有距离，认为是空气。由于实际情况电加热与主线会有接触，因此模型设置也有部分接触，如图2-1所示。

材料参数见表1.

图2-1 模型示意图 

图2-2 网格

2.2 稳态热分析

首先输入边界条件，

图2-3 steady-state thermal→insert→convection输入自然对流换热系数

图2-4 首先输入5W/(m^2.K)，环境温度为-26℃

图2-5 再输入电加热量64961W/m^3

图2-6 结果处理，显示温度分布图和热流分布图

图2-7 最终状态并点击solve进行计算

2.2 瞬态热分析

静置开启电加热初始温度为-26℃

断电后开启电加热初始温度假设为30℃

首先是静置开启电加热设置

图2-8 设置初始温度-26℃

图2-9 设置计算时长为15000s

其余设置类似稳态热分析

图2-10 设置最终结果图

同样的设置断电后开启电加热，初始温度为30℃。可以用copy的方法把边界条件复制过来。

三、计算结果

图3-1

图3-2

图3-3

图3-4

Geom.zip三维